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新结果探秘Ultima Thule的起源

[ 录入者:Melipal | 时间:2019-04-08 21:54:49 | 作者:Melipal 译 | 来源: | 浏览:890次 ]

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作者:Kelly Beatty   原文来自:    Posted: 2019. 3. 19

编译:Melipal   审校:Linq

随着NASA的新视野号探测器陆续传回观测结果,任务科学家对他们在柯伊伯带的双瓣目标天体形成的过程有了新的线索。

现在距离NASA钢琴大小的新视野号探测器在今年新年的第一个小时内飞速掠过柯伊伯带一个微小的目标天体已经过去了。这个正式名称为(486958)2014 MU69、被任务科学家取了绰号“Ultima Thule”的天体直到探测器发射8年半之后才被发现。自飞掠以来,已经有足够多的观测数据被缓慢传回了地球,我们可以开始拼凑出这个天体引人注目的历史了——而在本周,故事的第一章在美国的月球和行星科学年会上得以呈现。

在某种意义上说,这次会议上40个与飞掠相关的报告是科学小组与同行第一次进行“绕场一周”的庆祝。正如西南研究所的首席研究员艾伦·斯特恩(Alan Stern)在中指出的那样,“新视野号搭载的所有科学仪器每一项计划中的观测都已按照计划进行。”

最引人入胜的就是有关2014 MU69地表地质及其组分的细节信息,以及由这些信息所揭示出的这个古怪天体的起源线索。这天体拥有动力学意义上的“冷”轨道,其低倾角以及小偏心率意味着它的运动没有明显受到任何因素的扰动。

新视野号从区区4200英里(6700千米)之外拍摄了这张2014 MU69的影像。它解析出了小至每像素440英尺(135米)的细节。较大的一瓣(绰号“Ultima”)宽约12英里(19千米),较小的一瓣“Thule”宽8.5英里(14千米)。另外注意Thule一瓣明显的凹陷以及两瓣上边缘处分布的小型环形山。(图片提供:NASA / JHU-APL / SWRI)

因此关键问题在于,探测器幸运地考察了一个大约在45亿年前形成于太阳星云外缘的纯净遗迹。

扁平的雪人

新视野号传回的早期数据揭示出了一个长35千米(21英里)的双瓣状天体,两瓣的大小接近,看上去很像是在后院堆砌的雪人。不过随着更多的图像传回了地球,人们清楚地获知,两瓣的形状都是扁平的,而且绰号“Ultima”的较大一瓣较更小的“Thule”更扁。

两瓣都拥有坑洼起伏的纹理,让同样来自西南研究所的研究者柯比·鲁尼昂(Kirby Runyon)将其比作大块的(monkey bread)。边缘处可见少数小型凹陷,不过整个天体的地表并非环形山密布。实际上,Thule一瓣拥有一处被小组成员取名为“马里兰”的大型凹陷,这可能是视野中唯一的一处大型环形山。

整体来说,这个天体的两瓣颜色都很暗淡,平均只能反射7%的光线,只夹杂着一些较明亮的斑块。(这一数字与月球的反照率很接近。)较明亮的斑块可能标示着退化陨击坑的位置,不过阳光高高的入射角度让人们难以辨认它们究竟是凹陷还是其他什么东西。

小组的相当一部分注意力都集中在了两瓣汇聚的狭窄“颈部”。有证据显示,这是一次温和的并合。举例来说,这里并不存在“泼溅”的沉积物或是应力裂隙。而接触点处还环绕着一层薄薄的“领口”,这一区域较其他地方颜色更明亮,也不那么红。到目前为止,研究者只能猜测这些东西是在何时如何抵达这里的。

新视野号的科学家通过将2014 MU69的可见光和近红外影像(左)同探测器的LORRI仪器拍摄的高分辨率影像(中)结合到一起,绘制了右侧这张彩色合成图。合成图凸显了两瓣整体偏红的色彩,以及天体“颈部”周围颜色相对较明亮(也不是那么红)的物质。(图片提供:NASA / JHU-APL / SWRI)

颜色线索

2014 MU69的地表不仅暗淡,而且还呈明显的红色。如下图所示,它拥有外太阳系中最红的一些物质。但是正如来自西南研究所的西尔维亚·普罗托帕帕(Silvia Protopapa)所指出的那样,它也与地球上观测到的其他“冷且经典”的柯伊伯带天体的红色调相吻合。

在新视野号飞掠期间,探测器搭载的LEISA光谱仪重复扫描了这个天体的表面。LEISA得到的光谱不仅证实了明显的红色地表,还揭示出了近红外光谱中的三处明显凹陷。普罗托帕帕报告称,位于1.5和2.0微米的两处凹陷是水冰导致的,而位于2.27微米处的第三个凹陷揭示了甲醇(CH3OH)的存在。这种简单的有机化合物经常在气体外溢的彗星中被观测到,是由甲烷(CH4)氧化形成的。

虽然2014 MU69颜色极红,但它的颜色与“冷的经典”柯伊伯带天体吻合得很好。这样的天体有着近圆的轨道和较低的轨道倾角,说明它们自太阳系形成以来,并未遭受过明显的扰动。(图片提供:NASA / JHU-APL / SWRI)

所有这些都完美地落在了一个大框架之下:柯伊伯带天体在形成之时,应该含有大量的甲烷和水冰,而随着时间的推移,太空辐射与来自远方太阳的紫外光子应该会将这些成分转变为更加复杂的烃类——索林(tholin),索林具有独特的暗红色。这个天体更深处可能存在多少水与甲烷是个未知数:由于两瓣彼此相互接触(而非相互绕行),我们无法确定其密度,进而获得有关整体组分的线索。

在理想情况下,某张带有一颗小型卫星踪影的照片可能仍旧存储在新视野号上,尚未传回。这样的发现可以很快让人估计出2014 MU69的密度。斯特恩指出,直到2020年8月或9月,我们才能收到飞掠期间采集的所有观测数据。这些数据可能会带来更多的发现和惊喜。

目睹柯伊伯带的双重天体

甚至在新视野号今年早些时候完成这次样板飞掠之前,地面观测者就已经根据结果推断出,2014 MU69要么是两个大小相近、彼此近距离绕行的天体,要么是一对“相接双星”(事实证明,后一种情况是实情)。实际上,柯伊伯带看上去充斥着大量的双重天体——这要比理论家根据我们对原初天体从石块到巨砾再到星子成长而来的传统认识进行的估计多得多。

来自华盛顿大学的威廉·麦金农(William McKinnon)解释说,新视野号发现的并不仅仅是“馅饼上的肉丸子”,而是“某些更加独特和古怪的东西”。两瓣的主轴在10度的精度内相互保持一致——麦金农称,这是一条显著的证据,说明当它们彼此结合的时候,它们就具备这样的相对取向,而且这不是出于偶然。

相反,近年来,动力学家开始采纳一种经由流注不稳定性(streaming instability),可以让太阳系天体极其迅速地生长起来的新途径,这一过程的产物往往是双天体。,以下介绍了基本概念:在由气体和小型固体颗粒组成的旋转盘面中,盘面内侧的物质旋转速度要比外侧更快。通常它们会以片流的形式平滑地滑过对方。

但研究者发现,颗粒经受气体拖曳的方式会导致它们彼此聚集成团,而不是仅仅相互划过。其他粒子与团块发生了碰撞,而小型团块的质量会迅速增大。(。)在物质供应匮乏且颗粒碰撞并不频繁的原初柯伊伯带中,如此快速的生长会成为巨大的优势。

更妙的是,所有这些成团区域都会诱发湍流,进而激起生长中的团块发生自转,最终将形成大量的双星。2010年一项由戴维·尼斯沃尼(David Nesvorný)、安德鲁·尤丁(Andrew Youdin)以及德雷克·理查森(Derek Richardson)进行的分析表明,片流不稳定性是形成地球上陆续发现的大型柯伊伯带双天体的简单有效途径,而且它也可能会造就大量的小型双天体。

麦金农提示说,现在还没有人知道2014 MU69是如何损失角动量,从一对彼此靠近的绕转天体演化成相接双星的。人们也不知道为何现在这一对已经连接起来的双星自转如此缓慢(周期约为15小时)。详细考察探测器尚未传回的观测结果可能会对这些问题带来线索。

(全文完)

Tags:2014MU69

责任编辑:Melipal

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